CC BY
34
УДК 504.058
УДОСКОНАЛЕННЯ ГІДРАВЛІЧНИХ РОЗРАХУНКІВ ВІДВЕДЕННЯ ЗЛИВОВИХ ВОД ЗА УМОВИ РІЗНОГО ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФІЛЮ ЛОТКІВ АВТОМОБІЛЬНИХ ДОРІГ
О.В. Мостепан, доцент, к.т.н., ХНАДУ
Анотація. Розглянуто можливість удосконалення гідравлічних розрахунків відведення зливових вод за умови різного профілю лотків. Обґрунтовано важливість урахування різних поперечних перерізів лотків, крім круглого перерізу, визначеного в існуючих рекомендаціях.
Ключові слова: бордюрний камінь, швидкотоки, зливові води, коефіцієнт стоку.
Вступ
Відповідно до сучасних вимог у галузі охорони довкілля, зливові води з
урбанізованих територій слід розглядати як істотне джерело забруднення навколишнього середовища. Зливові води відносяться до стічних вод, які утворюються внаслідок випадання злив, тобто несуть основну масу забруднень у вигляді розчинених та нерозчинених домішок у довкілля.
Забруднюючі речовини накопичуються на урбанізованих територіях на поверхні
автомобільних доріг внаслідок витоку нафтопродуктів, зносу асфальтованих покриттів, стирання автомобільних шин
тощо. При змиванні їх атмосферними опадами до них додаються продукти ерозії ґрунту, частки пилу і сполуки важких металів, що вимиваються з поверхневого шару ґрунту придорожньої смуги [1].
Аналіз публікацій
Відведення зливових вод з урбанізованих територій здійснюється шляхом
надходження цих вод з водозбірних площ за допомогою лотоків та дощоприймачів
каналізаційної системи, розташованих
уздовж бордюрного каменю автомобільних доріг, або на рельєф місцевості, або до водних об’єктів.
Визначення річного об’єму зливових вод, їх максимальної витрати та концентрацій
забруднюючих речовин у зливових водах широко застосовується у гідравлічних розрахунках зливових каналізаційних мереж, а також при розробці проектів очисних споруд та визначенні скидів зливових вод у водні об’єкти.
Визначення річного об’єму зливових вод проводиться відповідно до ДСТУ 3013-95 [2] з урахуванням диференціації типів поверхонь, їх площ, коефіцієнтів стоку, типу поверхні та її стану [3, 4].
Річний об’єм зливових вод розраховується як сумарний об’єм дощових та снігових стічних вод за теплий та холодний періоди року (м3/рік). Для більш точного визначення кількісного складу зливових вод з поверхні автомобільних доріг пропонується також враховувати і максимальну розрахункову витрату зливових вод. Розрахунок максимальної розрахункової витрати зливових вод виконується згідно із БНіП 2.04.03-85 [5] кукурудзи, що вирощується на забруднених територіях.
Мета та постановка задачі
З метою подальшої можливості виконання розрахунків максимальної витрати зливових вод саме для зливових вод з поверхні автомобільних доріг, з урахуванням кожної індивідуальної ситуації розташування автомобільних доріг та характеристики прилеглих територій, на яких утворюється
стік зливових вод, пропонується доповнити рядом положень існуючий розрахунок максимальної витрати зливових вод шляхом уточнення гідравлічних розрахунків відведення зливових вод з поверхні автомобільних доріг (лотоки, трубопровід тощо).
За рекомендацією [5], гідравлічні розрахунки відведення зливових вод визначаються лише для круглого перерізу водовідвідних пристроїв (трубопроводів), а для гідравлічних розрахунків лотоків
автомобільних доріг різного поперечного профілю (симетричний трапецеїдальний, прямокутний, трикутний та параболічний) не наведено відповідних формул.
Уточнення гідравлічних розрахунків та
вибір типу поперечного перерізу лотків систем поверхневого водовідведення
Системи поверхневого водовідведення (планування території, канав, лотків, швидкотоків тощо) мають різну форму поперечного перерізу. Так, наприклад, трикутний поперечний переріз мають лотки поверхневого
водовідведення, влаштовані на міських автомобільних дорогах та аеродромах, а параболічний переріз лотків спостерігається при влаштуванні сучасних водовідвідних пристроїв на пішохідних доріжках на території міста. Інші види поперечних перерізів лотків спостерігаються на територіях промислових підприємств.
Уточнення гідравлічних розрахунків лотків автомобільних доріг, трубопроводів виникає
з визначенням швидкості руху зливових вод при розрахунках тривалості протікання зливових вод лотками автомобільних доріг та трубопроводами зливової каналізаційної мережі. Для визначення швидкості руху зливових вод пропонується обрати формули гідравлічного розрахунку швидкості руху рідини за умови рівномірного безнапірного руху з урахуванням гідравлічних елементів живого перерізу лотків. На підставі цього було вирішено задачу, метою якої було виведення формули визначення швидкості рівномірного руху зливових вод для кожного окремого типу поперечного перерізу лотків.
влаштовуються на автомобільних дорогах у межах
міста та на території промислових підприємств, поділяються на симетричний трапецеїдальний поперечний переріз, прямокутний поперечний переріз, трикутний поперечний переріз, параболічний поперечний переріз (рис. 1).
в
1,
V її т/ , '1
! Ь '
ні-о
в
=90°
ь
в г
Рис. 1. Приклади поперечного перерізу лотків автомобільних доріг: а -
симетричний трапецеїдальний
поперечний переріз; б - прямокутний поперечний переріз; в - трикутний поперечний переріз; г - параболічний поперечний переріз
Системи поверхневого водовідведення, крім вищенаведених поперечних перерізів, мають також і замкнений профіль, який є характерним для каналізаційних
трубопроводів, що також працюють у безнапірному режимі.
Для розрахунку швидкості руху зливових вод лотками (V, м/с) було прийнято рівномірний безнапірний рух рідини, тому за формулою Шезі при розрахунку швидкості руху п’єзометричний похил (І) дорівнює гідравлічному похилу (і), який у свою чергу дорівнює похилу дна лотка (і, %) [6]
V = С Ч^¡RЧІ,
(1)
де
С - коефіцієнт Шезі, д/м/с3 ; Я -
гідравлічний радіус, м; і - гідравлічний похил або похил дна лотка, %о.
Швидкість руху зливових вод лотками трикутного поперечного перерізу розраховується таким чином:
б
а
Типи поперечного перерізу лотків систем поверхневого водовідведення, які
1 2 і2 Ч(т ЧИ1)3
І цз
т / о \ — 4
П Ч3 2h Ч( 1 + т )2 ч и ш
(2)
де т - коефіцієнт укосу; h - глибина наповнення лотка, м; h - коефіцієнт шорсткості. Швидкість руху зливових вод лотками параболічного поперечного перерізу розраховується таким чином:
2
V =
2 -
Ч(3 ЧВ Чh)3
(3)
П ЧВ3
де В - ширина поверхні потоку в лотку, м.
Покажемо, як уточнення розрахунку максимальної витрати зливових вод з поверхні
автомобільних доріг може впливати на визначення маси скидів забруднюючих речовин зі зливовими водами у водні об’єкти. На сьогодні в Україні відсутній механізм відповідальності та закріпленості територій міста за певними чітко означеними структурами, тому визначення маси скидів забруднюючих речовин зі зливовими водами з будь-якої частини міста здійснити
практично не можливо. На цей час поступово набирає чинності положення, стосовно якого для запобігання надходженню
забруднюючих речовин у складі зливових вод з територій промислових підприємств розробляються нормативні документи у вигляді проектів гранично допустимого скидання забруднюючих речовин з промислових територій, які потім узгоджуються та затверджуються органами Мінприроди України.
З цього приводу вплив уточнення розрахунку мас скидів забруднюючих речовин зі зливовими водами у водне середовище проводиться на прикладі промислових підприємств шляхом розрахунку
максимальної витрати зливових вод з поверхні автомобільних доріг за існуючим розрахунком [5] та уточненим розрахунком. Уточнення розрахунку максимальної витрати зливових вод були виконані на прикладі ряду підприємств Донецької
області.
Зіставлення результатів розрахунків максимальної витрати зливових вод, що утворюються на території підприємств, які мають лотки параболічного перерізу, за існуючим та уточненим розрахунками наведено у табл. 1.
Таблиця 1 Порівняння результатів розрахунків максимальної витрати зливових вод, що утвор юються на території підприємств Донецької області за існуючим та уточненим розрахунками
2
2
Параметри Результати розрахунків за існуючим розрахунком [5] Результати розрахунків за уточненим розрахунком Розбіжності розрахунків
± %
^сот ХВ 4,0 4,5 +0,50 +14,3
^сащ хв 2,16 3,83 +1,67 +59,0
ґР, хв 0,23 0,33 +0,10 +30,3
и, хв 7,11 7,67 +0,56 +8,4
к о 480,53 456,54 -23,99 -6,7
Цсаїї Л/с 347,34 331,75 -15,59 -6,7
^са1 , м3/год 990,43 934,30 -56,13 -6,7
Чссі _90% , м3/год 901,39 850,87 -50,52 -6,7
Таблиця 2 Порівняння результатів розрахунків максимальної витрати зливових вод, що утворюються при влаштуванні лотків трикутного поперечного перерізу
Параметри Результати розрахунків за існуючим розрахунком [5] Результати розрахунків за уточненим розрахунком Розбіжності розрахунків
± %
tcon, хв. 3,0 3,5 +0,50 +14,3
^сащ хв. 0,253 0,235 -0,018 -7,7
tp, хв. 46,44 63,435 +17,0 +26,8
tr, хв. 49,69 67,17 +17,48 +26,0
r / о 370,11 295,078 -75,03 -25,4
о "3 & 240,57 191,802 -48,77 -25,4
, м3/год. 866,063 690,48 -175,58 -25,4
Порівняння результатів розрахунків максимальної витрати зливових вод за існуючим та уточненим розрахунками показало розбіжності у значеннях тривалості протікання зливових вод лотоками та трубопроводами, що пов’язано з
урахуванням типу поперечного перерізу лотоків та заповнення вільної ємності колекторів зливової мережі (тобто збільшення значення тривалості протікання зливових вод з території підприємства на 8,4 % та зменшення максимальної витрати зливових вод з поверхні автомобільних доріг, розташованих на території підприємства, на 6,7 %). Це, у свою чергу, потребує
корегування значень мас скидів
забруднюючих речовин у водний об’єкт для досягнення дозволених концентрацій речовин у зливових водах при їх відведенні.
З метою порівняння значень тривалості протікання зливових вод лотками іншого перерізу наведемо результати розрахунку з території іншого підприємства, лотки якого мають трикутний поперечний переріз (табл. 2).
Висновки
За результатами цих розрахунків можна зробити висновок про перевищення значень тривалості протікання зливових вод з
території підприємства ВАТ
«Уманьферммаш» на 26,0 % та зменшення максимальної витрати зливових вод з
поверхні автомобільних доріг, розташованих на території підприємства, на 25,4 % за заданого наповнення лотків зливовими водами, що обумовлено приблизними розрахунками тривалості протікання зливових вод лотком трикутного поперечного перерізу за існуючим
розрахунком [5]. Це підтверджується також у роботі [7], де наведено порівняння
тривалості протікання зливових вод з
території різних підприємств, на яких розташовано лотки прямокутного та
параболічного перерізів, що також свідчить про перевищення тривалості протікання
зливових вод з усієї території підприємств на 12,4 - 19,2 %.
Таким чином, порівняння результатів розрахунків максимальної витрати зливових вод за існуючою та уточненою методикою показує важливість урахування різних поперечних перерізів лотків, крім круглого перерізу, визначеного в існуючих рекомендаціях. Активне забруднення ґрунтів придорожнього простору важкими металами на фоні збільшення інтенсивності автотранспортних потоків викликає необхідність вирішення цієї проблеми, з метою збереження ґрунтів
сільськогосподарського використання.
Література
1. Мостепан О.В. Принципові підходи до
вирішення проблеми забруднення водного середовища зливовим стоком з урбанізованих територій // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. - Луцьк: РВВ Луцького ДТУ, 2002. - Т. 4. - С. 140 -145.
2. ДСТУ 3013-95. Правила контролю за від-
веденням дощових і снігових стічних вод з територій міст і промислових підприємств. - К.: Держстандарт України, 1996. - 26 с.
3. Янин Е.П. Источники и пути поступления
загрязняющих веществ в реки промыш-ленно-урбанизованных районов // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды: Обзорная информация. - М.: ВИНИТИ, 2002. - Вып. 6. - С.
2 - 56.
4. Временные рекомендации по проектирова-
нию сооружений для очистки поверхностного стока с территорий промышленных предприятий и расчету условий выпуска его в водные объекты. - М.: ВНИИВОДГЕО, 1983. - С. 6.
5. Чугаев Р.Р. Гидравлика: Учеб. для вузов. -
4-е изд., доп. и перераб. - Л.: Энергоиз-дат, Ленингр. отд-ние, 1982. - 672 с.
6. СНиП 2.04.03-85. Канализация. Наружные
сети и сооружения. - М.: ЦИТПГос-
строя СССР, 1986. - С. 1 - 13.
7. Мостепан Е.В. Совершенствование мето-
дики расчета максимального расхода ливневых вод с поверхности автомобильных дорог // Вестник ХНАДУ. -
Харьков: ХНАДУ. - 2002. - Вып. 19. -С. 65 - 67.
Рецензент: В.О. Юрченко, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 11 вересня 2008 р.
